物理优质课堂的“教学逻辑”探析,本文主要内容关键词为:探析论文,逻辑论文,课堂论文,物理论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。
教学逻辑是课堂教学的必要组成部分,教学的有效性关键在于教学的逻辑性。教学逻辑指的是课堂教学中各板块、环节间的逻辑关系,它具体隐含于课堂教学流程中。物理课堂的教学逻辑反映了教师基于教材的“知识逻辑”、学生的“认知逻辑”、物理的“学科逻辑”所进行的逻辑改造。教学逻辑是否清晰、合理,是评价一堂课是否优质的重要指标。以下就从教学逻辑三个主要的评判维度,结合《简谐运动》一课的教学实践,略作探析。 一、教学逻辑是否能贯通教材的知识逻辑 教材、学生、教师是课堂的三要素,课堂教学是以三者为主的动态互动。教学内容主要源自教材,然而教材往往会受到编写格式、组织形式以及篇幅等因素的限制,它所呈现的知识逻辑是静态的,而且通常是不完满、不连贯的,不能够满足教学过程的动态需求。这就为教学逻辑调整、优化和贯通教材的知识逻辑提供了空间。从具体的操作层面看,好的教学逻辑一定是以教材的知识逻辑为蓝本,对其进行合理的删减、补充、合并甚至变更,并且理性构建各教学板块、教学环节间内含的“转承”“过渡”等逻辑关系,以此实现贯通教材的知识逻辑。 《简谐运动》一课的知识逻辑如图1所示。 图1中转承①要实现从“弹簧振子实验装置”向“弹簧振子振动位移”的过渡,二者之间的逻辑关联是什么?笔者从位移的物理意义出发,设计了这样的衔接过程:引导学生观察弹簧振子位置不断变化的现象→设置问题链:描述物体位置变化的物理量是什么?→什么是位移?→如下页图2所示,在A、O、B三个位置中,选择谁作为位移的初始位置最合理?→为什么?(学生在学习板块1的过程中已经发现振动的对称性特征) 图1中转承②要实现从“位移”向“探究位移—时间图象”的过渡,二者之间存在怎样的逻辑关联?位移—时间图象反映了弹簧振子的位移随时间的变化关系,因此,引导学生观察并猜想位移的变化特点就是探究位移—时间图象的前提和出发点。据以上分析,笔者设置了如下的问题链:如图3所示,在两个时刻,弹簧振子的位移分别是什么?→这两个时刻,位移的大小相等吗?方向相同吗?(学生认识到位移是可变的)→位移的变化应该具有哪些明显的特点?(学生讨论后汇报交流观点)→教师利用多媒体动画直观展示位移变化的特点。 图1中转承③要实现从“简谐运动”向“弹簧振子理想模型”的过渡。在误差允许的范围内,才可认为弹簧振子的振动图象是一条正弦曲线,即弹簧振子的振动是简谐运动。由此可见,实现转承的关键在于误差分析。具体的设计如下:教师提问:在弹簧振子实验中,产生误差的主要原因是什么?→追问1:振子具备怎样的特点就可以减小空气阻力的影响?→追问2:如果忽略振子的大小和形状,振子就是什么模型?→追问3:为了减小误差,你认为弹簧应该具备怎样的特点?→学生发现:弹簧振子是由无质量的弹簧与质点构成,是一个理想化的物理模型。 图1中转承④要实现从“弹簧振子理想模型”向“直接记录振动的方法”的过渡。常见的弹簧振子模型有两种:一是“在水平方向振动的弹簧振子”,一是“在竖直方向振动的弹簧振子”。对于前者,学生在学习板块4的过程中,已经分别从定性和定量的角度研究了它的振动图象。其中,定性研究的方法是:用水摆等效替代弹簧振子,直接记录水摆的振动图象。类似的,直接记录振动的方法也可以用来研究“在竖直方向振动的弹簧振子”的振动图象。为此,笔者设计了如下的衔接方案: 演示实验:弹簧振子在竖直方向振动→教师提问:能否设计一个简单的实验方案,粗略地判断弹簧振子在竖直方向的振动是否是简谐运动?→教师播放图4所示的实验视频。 大凡名师的课堂,都是流畅自然、浑然天成,其中一个重要的原因,就是他们都非常重视课堂教学的转承和过渡,追求知识板块间的“无缝”对接。 二、教学逻辑是否能顺应学生的认知逻辑 认知逻辑是指学生学习科学的一般心理过程、思维习惯和思维规律。学生学习新知的过程,就是在原有认知结构的基础上,重新组织和发展认知结构的过程。虽然不同学生的认知逻辑会呈现出“人心不同,恰如其面”的个体差异,但是重新组织和发展认知结构的顺序是共同遵循某些基本原理的。譬如,皮亚杰提出的“认知发生理论”——同化、顺应和平衡是影响学生认知结构形成和发展的三个基本过程;奥苏贝尔提出的“有意义的学习理论”——影响学生学习效果的最重要因素是学生已经知道了什么,即原认知;维果斯基提出的“最近发展区理论”——着眼于最近发展区的教学能够有效促使学生的潜在发展水平不断提高。上述基本原理表明,学生的学习过程遵循一定的顺序,如从已知到未知、从简单到复杂、从具体到抽象、从感知到理解、从定性到定量、从模仿到创造、从实验到理论和从理论到实验、从特殊到一般和从一般到特殊等。为此,教师要能针对具体的教学主题,认真分析学情,从学生的原认知出发,在学生的最近发展区设置问题,在教材与学生之间搭建“引桥”,实现学科知识心理学化,让教学逻辑顺应学生的认知逻辑。以下是本节课板块4(探究弹簧振子位移—时间图象)的课堂教学实录: 播放视频:如图5所示,这是笔者课前拍摄的一段实验视频。 问题4-1:如何确定不同时刻弹簧振子的位移? 学生活动:有学生提出“使用暂停键”的方案,即先暂停视频后读出位移。还有学生提出“拍摄频闪照片”的方案。比较两种方案,学生普遍认为前者好,因为操作简单方便。但是,学生实际操作后发现:弹簧振子运动得太快,连续两次暂停之间的时间间隔比较长,1个周期内能够记录的数据太少,不容易发现位移变化的规律。这样的不足,却能被“频闪照片”有效克服。 问题4-2:如果直接拍摄弹簧振子的频闪照片,底片上的像会形成怎样的图样? 师生互动:学生猜想图样是一条“散点虚线”。教师追问:如果拍摄时间比较长,会得到什么图样?学生意识到,像会重叠。 教师引导:可以利用图6所示的水摆实验验证猜想。 学生活动:观察实验,发现底片上的像确实会重叠。 问题4-3:为了让像在底片上不重叠,可以怎样改进? 学生活动:讨论交流后,学生提出改进——拍照的同时,让底片(水写布)垂直于振动方向运动。 问题4-4:这样拍出来的频闪照片会是什么样子? 学生活动:先猜想图样,后实验验证。有学生猜想是“锯齿折线”,有学生猜想是“S形曲线”。当学生分组完成水摆实验后,发现后者是弹簧振子频闪照片的正确图样。 问题4-5:怎样利用图7所示的“S形曲线”来反映不同时刻弹簧振子的位移? 学生活动:讨论交流后,学生提出想法——以平衡位置为坐标原点O,平行于振动方向的数轴是位移轴,垂直于振动方向的数轴是时间轴,建立平面直角坐标系。 教师追问:垂直于振动方向的数轴为什么可以表示时间?→如果水写布的速度是10cm/s,那么1cm的距离表示多长时间?→图8中三条平行于振动方向的有向线段表示什么物理意义?→时刻,弹簧振子是在P点还是在Q点?为什么? 教师引导:定义振动图象,指明其物理意义,明确振动图象与弹簧振子的运动轨迹的区别,最后引发学生对振动图象函数性质的猜想。 播放视频:图5所示的视频,播放速度是“29帧/秒”,也就是“29张/秒”,相邻的两张照片之间的时间间隔是1/29s。利用“豪杰解霸3000”播放软件可以将形成视频的每一张照片分离出来,并保存到指定文件夹中,根据照片就可以记录不同时刻振子的位移。 教师引导:选择平衡位置为计时零点,每两张照片记录1次位移,计时的时间间隔为2/29s,记录大约1个周期的数据。 师生互动:将数据记录到Excel电子表格中,并绘制出图9所示的振动图象。 教师引导:提示论证方法——假设法。假设振动图象就是正弦函数,然后,根据图象提供的重要函数信息,利用数学知识分析论证。 师生互动:讨论交流后,学生提出具体的做法——由图象可知,周期大约是1.15s,振幅大约是4.8cm,图象对应的正弦函数的表达式就是x=4.8。接下来,根据表达式就可以计算出不同时刻的位移。比较计算出来的位移与实验得到的位移后发现,二者近似相等,这就说明:在误差允许的范围内,振动图象是正弦曲线。 教师引导:还有更加直观的比较方法,利用计算出来的位移与对应的时刻可以作出一条标准的正弦曲线,直接比较图10所示的两条正弦曲线。 以往的教学实践表明:学生对于弹簧振子频闪照片(振动图象)形成的过程是存在认知思维障碍的,主要疑点有这样几个:(1)为什么要拍摄弹簧振子的频闪照片?(2)拍照的同时,为什么要匀速拉动底片?(3)振动图象的时间轴是如何形成的?(4)若上述3个疑点得不到解决,学生就会将振动图象与振子的运动轨迹混为一谈。 能否有效化解学生的认知疑点关键在于板块4的教学逻辑是否能够顺应学生的认知逻辑。为此,笔者在教材与学生的认知疑点之间搭建了4座“从感知到理解”的“引桥”。具体而言,就是引导学生“在问题中思考,在活动中体验,在体验中建构”。 针对疑点(1),笔者设置的问题情景是:如何利用弹簧振子的振动视频确定不同时刻振子的位移?学生体验的活动是:使用暂停键记录不同时刻振子的位移。学生建构的观点是:拍摄频闪照片可以克服使用暂停键的不足。 针对疑点(2),笔者设置的问题情景是:直接拍摄弹簧振子的频闪照片,底片上的像会形成怎样的图样?学生体验的活动是:观察、改进和操作水摆实验。学生建构的观点是:水写布静止,像会重叠;拉动水写布,像就会展开。 针对疑点(3),笔者设置的问题情景是:怎样利用“S形曲线”反映不同时刻弹簧振子的位移?学生体验的活动是:画平面直角坐标系。学生建构的观点是:匀速拉动水写布的过程,就是时间均匀展开的过程。 以上3座“桥”搭建在定性探究过程中,定量探究过程中还有第4座“桥”。这座“桥”引导学生体验的活动是:利用视频软件分解形成视频的每一帧照片→记录不同时刻振子的位移→利用Excel描点作出振动图象。学生建构的观点是:振动图象就是振子位移随时间变化的函数,不是振子的运动轨迹。 学生是课堂教学的主体,学生“怎样学”、是否“能学”和“会学”是评鉴课堂的关键要素。若教学逻辑顺应学生的认知逻辑,不但学生思维流畅、学得轻松,而且教学效果好。反之,无论教师的教学逻辑多么清晰,学生还是觉得难以理解,跟不上教师的节奏。为什么教师教得好但学生学不好,一个很重要的原因就是忽略了学生的认知逻辑。 三、教学逻辑是否能合乎物理的学科逻辑 知识分为符号式知识和逻辑式知识。符号式知识指的是人们对事物的具体看法或认识结果;逻辑式知识指的是人们认识事物的方法和过程。内隐在物理符号式知识中的逻辑式知识就是物理的学科逻辑。它既包括某类物理知识从发生、发展到形成的基本过程,也包括物理知识形成过程的具体途径、方式,即科学方法的运用过程。物理学科知识包括事实性知识、科学实验、科学规律、科学概念、理论假设,以及技能类知识等多种类型。知识类型不同,它的建构过程也不同,学科逻辑必须按照不同类型的物理知识去考察[1]。 物理概念的形成过程存在两种方式,一种是“抽象概括”式,即:根据研究对象的特点,摒弃非本质的因素,把某一类物理事物共同的、本质的属性抽象概括出来,建立新概念。另一种是“演绎推理”式,即:从已有知识出发,或以学生掌握的概念为前提,通过逻辑关系和数学方法推导出新概念[2]。 本节课按照“抽象概括”的学科逻辑进行教学的内容有:板块1和板块2,即“机械振动”概念的教学;板块5,即“弹簧振子理想模型”的教学。前者的教学逻辑是:概括摇摆花的运动特征→提出概念→列举生活中的振动现象→了解实验室中的振动装置(弹簧振子)→形成概念。后者的教学逻辑是:分析弹簧振子装置的系统误差→忽略非本质因素,抽象出主要的、本质的因素→建立理想模型。 本节课板块4中“简谐运动”概念的教学恰是按照“演绎推理”的学科逻辑进行的。具体的教学逻辑是:提出“振动图象是什么性质的函数曲线”的探究问题→提出“是正弦曲线”的猜想→逻辑推理(假设+数学计算+比较)→构建“简谐运动”概念。 合乎学科逻辑的教学逻辑往往能反映真实的科学过程,而学生的学习过程是对人类文化发展过程的一种认知意义上的重演,他们学习科学的心理顺序差不多就是前人探索科学的历史顺序[3]。从这个意义上讲,合乎学科逻辑的教学逻辑也是顺应学生的认知逻辑的,能有效发展学生的科学思维能力。 综上所述,物理优质课堂的教学逻辑有三个主要的评判维度:其一,看教学逻辑是否能贯通教材的知识逻辑;其二,看教学逻辑是否能顺应学生的认知逻辑;其三,看教学逻辑是否能合乎物理的学科逻辑。一堂真正的物理优质课,它的教学逻辑一定是知识逻辑、认知逻辑和学科逻辑“三合一”的结果。由此可见,好的教学逻辑是课堂教学内容组织、思维运演与逻辑推进的“导航仪”。 (注:本节课在2015年第八届全国中学物理教学改革创新大赛中获高中组一等奖)浅析物理素质课堂中的“教学逻辑”_物理论文
浅析物理素质课堂中的“教学逻辑”_物理论文
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